高壓開關柜的全方位遠程在線監測技術研究

彭紅霞 王智杰 牛碩豐 閆靜靜

摘 要：本文通過對高壓開關柜常見的高溫火災、開關開合不到位、濕度過大等故障的分析，提出無線溫度監測、遠程視頻監控、半導體冷凝除濕的解決方案，實現了開關柜內溫度的實時在線監測及過限預警功能，開關分合狀況的遠程視頻監控功能以及開關柜內濕度的監測和自動除濕功能，有效降低了開關柜事故發生率，提高了開關柜的安全穩定運行。

關鍵詞：開關柜 溫度 濕度 遠程 在線 監測

中圖分類號：TM591 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2018）01（a）-0001-02

為了方便操作、集中管理各種開關設備，開關柜應運而生。自誕生以來，開關柜在電力行業得到了廣泛應用，尤其是在電力系統的發、輸、配電過程中起著關鍵作用。隨著開關柜應用比例不斷增加，實時監控管理的難度不斷增大，傳統依靠人力不定時查看開關柜運行狀態的監控方式，不僅監控效率偏低，監控結果也不夠全面，已經不能適應現代智能電網的發展要求。

基于此，本文結合現代無線傳感技術，開展了高壓開關柜的全方位遠程智能在線監測技術研究，實現了開關柜的遠程實時監控及運行狀態的集中統一管理，不僅大大提高了對開關柜的管理效率，還大幅度縮減了人工成本。

1 開關柜常見故障分析

近年來，根據開關柜的實際運行狀況及相關部門的事故統計分析表明，開關柜的常見故障主要表現在高溫火災、開關分合不到位、設備受潮放電3個方面，這對開關柜的安全運行帶來了一定影響。下面著重分析了開關柜高溫火災、開關分合不到位、設備受潮放電事故的發生原因及主要影響。

1.1 高溫火災

由于電阻的存在，開關柜內電氣設備在運行過程中不可避免地產生熱量。正常情況下，熱量會通過開關柜內的散熱及降溫裝置消散掉，從而將柜內的溫度控制在正常范圍內。但當開關柜內設備連接部位接觸不良時，電阻將是正常情況的數倍甚至數10倍以上，產生的熱量超過了開關柜自身溫度消散的范圍，此時，如果不借助外力，熱量得不到及時消散，在開關柜內積累到一定程度時將會引發火災。

另外，開關柜內溫度的異常升高，會加快電氣設備的絕緣老化程度[1]。如果絕緣的老化不能及時發現，有可能導致設備的短路等，進而引發高溫短路火災。

1.2 開關分合不到位

開關分合不到位的故障主要發生在刀閘分合閘的過程中。出現這種故障的主要原因有兩種：一種是開關因質量問題磨損變形；另一種是開關的動作原理或者保護性的故障，例如真空斷路器的真空度異常、陶瓷保護管破裂等。

開關分合不到位的情況，只有運維人員定時檢查開關柜的過程中才能被發現，如果運維人員檢查不及時，繼續運行，將會帶來嚴重的影響。

1.3 受潮放電

一般而言，室內開關柜內的空氣濕度在安全范圍內，空氣不會成為導電介質引發擊穿事故。但是，當一些室外開關柜，受到長期陰雨的影響，空氣濕度過大，也會導致開關柜內空氣濕度變大，從而引發設備受潮。設備上易產生凝露，出現空氣介質電壓擊穿或間歇接地的情況。

2 開關柜全方位遠程監控技術研究

為降低開關柜在高溫火災、開關分合不到位、設備受潮放電等方面的事故發生率，開展高壓開關柜全方位遠程在線監測技術研究，實現開關柜的無線溫度監測、遠程視頻監控及半導體冷凝除濕功能，確保運維人員在監控中心能夠全方位實時了解開關柜的運行狀況，發現并處理故障，提高開關柜的安全運行水平。

2.1 無線溫度監測

為有效避免高壓開關柜高溫火災事故的發生，本文有針對性的開展了開關柜內無線溫度監測功能的研究。傳統開關柜內的溫度監測是通過安裝溫度傳感器實現的[2]，運維人員通過不定時查看溫度數據來了解開關柜內的溫度狀況。傳統的溫度監測暴露兩個問題，一是，普通的溫度傳感器在高溫狀態下采集數據不準確；二是，運維人員一般是事后才發現開關柜內溫度過高，不能及時的在柜內溫度過高之前發現高溫故障。

為了有效提高高壓開關柜對溫度的有效監控，本文采用的溫度傳感器經過耐高溫改造，反應靈敏，能夠在-20～250℃的高溫環境下正常工作。另外，本文設計的高壓開關柜溫度監測，實現了高溫預警功能，當開關柜內的溫度達到一定的限值，會自動發出告警信息，提醒工作人員進行故障的排查，這樣就盡可能地減少了因工作人員處理不及時導致的高溫火災等事故。

2.2 遠程視頻監控

由于開關柜內設備復雜，開關分合不到位的情況時有發生，為了方便查看，開關柜多加裝了玻璃觀察窗，但是由于一些開關柜受柜體設計和安裝地理位置的限制，觀察的角度不便，視野不佳，不能對開關柜進行方便的查看。

為了解決上述問題，本文對開關柜進行了遠程視頻監控，通過在開關柜內安裝監控攝像頭，實時監測開關柜內設備的運行狀態，并將柜內監視圖像傳輸至監控中心，克服傳統受限于視野角度的缺陷，全方位了解開關柜內設備的運行狀態。另外，通過遠程實時信號的傳輸，在進行隔離開關遠程操作時，監控中心人員可以實時看到操作狀態，確保操作到位，提高了開關柜運行的可靠性。

2.3 半導體冷凝除濕

保持開關柜柜內濕度正常，是室外開關柜維護的一個重點內容，尤其是在多雨的江南地帶，每年都有相關的事故發生，對于開關柜內濕度的監控以及行之有效的除濕設計迫在眉睫。

本文采用先進的半導體冷凝裝置進行柜內除濕，該項技術主要是利用珀爾帖效應，將電能轉化為熱能。當環境中的濕熱空氣流經冷端散熱片時，其中的水汽遇冷凝結在散熱片上，并經排水管流出柜外，可以真正降低開關柜內空氣濕度，區別于其他類型的加熱除濕器。加熱除濕原理是通過加熱柜內空氣達到減少凝露的目的，這種方式只是改變了柜內水分的存在形式，不能減少柜內水分，所以有耗能、除濕效果差、效果不持久等弊端。

3 結語

本文提出的高壓開關柜全方位遠程在線監測技術研究，分析了開關柜常見的高溫火災、開關分合不到位、受潮放電等故障，提出了溫度在線監測，遠程視頻監控，半導體冷凝除濕等有針對性的解決方案，對保障開關柜的安全穩定運行具有重要意義。

參考文獻

[1] 史宏偉，王俊平，劉守明，等.基于紅外測溫技術的開關柜非接觸式監測系統研究[J].輕工科技，2013（2）：47-48.

[2] 韓潤生.變電站中低壓開關柜過熱故障在線監測系統[D].南京理工大學，2008.